智能噴淋養(yǎng)生系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).

1、隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，橋梁道路的建設(shè)。我國對(duì)梁體預(yù)制品的需 求也隨之劇增，在預(yù)制梁的養(yǎng)護(hù)中，由于箱梁養(yǎng)護(hù)期長，梁體又高大, 傳統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)方法工人需爬上爬下，操作極不方便，且費(fèi)工費(fèi)水，還養(yǎng) 護(hù)不到位，存在死角，效果不佳，不能保證梁體的養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，顯然傳 統(tǒng)預(yù)制梁養(yǎng)生為基礎(chǔ)已不適應(yīng)生產(chǎn)的要求。因此全覆蓋和全自動(dòng)的預(yù) 制梁養(yǎng)護(hù)的自動(dòng)噴淋系統(tǒng)，在梁場用于梁體養(yǎng)護(hù)，效果很好，覆蓋面 積大，做到了全覆蓋，既節(jié)省了人工，又節(jié)約了用水。實(shí)現(xiàn)了獨(dú)特的 “全自動(dòng)、無人值守、無死角”的預(yù)制梁養(yǎng)護(hù)，即使混凝土表面保持 充分濕潤，提高了預(yù)制梁的梁體強(qiáng)度，而且梁養(yǎng)護(hù)時(shí)也做到了省時(shí)省 力。關(guān)鍵詞：自動(dòng)噴淋系統(tǒng) 機(jī)器人 控制器I摘

2、要第一章緒論1134411自動(dòng)噴淋系統(tǒng)的研究0的和意義12預(yù)制梁養(yǎng)護(hù)的現(xiàn)狀13參照標(biāo)準(zhǔn) 第二章智能噴淋系統(tǒng)系統(tǒng)的組成及工作原理2.1智能噴淋系統(tǒng)組成2.2智能噴淋系統(tǒng)工作原理23智能噴淋系統(tǒng)功能2.4智能噴淋系統(tǒng)特征第三章智能噴淋系統(tǒng)PLC控制器的組成、總體方案531主控制機(jī)箱63.2主控制器633角蟲扌 63.4過流保護(hù)73.5母線排73.6電源737刃皿1扌jgto 738扌彳$乍乍 83.9軟件的工作界面83.10技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分析9311技術(shù)更新9911第四章機(jī)器人噴淋執(zhí)行系統(tǒng)組成及工作原理4.1機(jī)器人噴淋執(zhí)行系統(tǒng)組成第四章機(jī)器人噴淋執(zhí)行系統(tǒng)工作原理4.1 11第三章養(yǎng)護(hù)機(jī)器人的模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

3、113.1養(yǎng)護(hù)機(jī)器人的總體方案113.1.1養(yǎng)護(hù)機(jī)器人對(duì)外交聯(lián)關(guān)系113.1.2養(yǎng)護(hù)機(jī)器人組成123.1.3養(yǎng)護(hù)機(jī)器人工作原理123.1.4養(yǎng)護(hù)機(jī)器人組成模塊功能13第四章養(yǎng)護(hù)機(jī)器人的棋塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)164.1MCU模塊的設(shè)計(jì)16ni4.1.1 MCU模塊的功能及組成164.1.2 MCU模塊主要性能指標(biāo)164.1.3 MCU模塊主要器件選型174.1.4 MCU模塊電路的設(shè)計(jì)174.2 LED顯示控制模塊的設(shè)計(jì)194.2.1 LED顯示控制模塊的功能及組成194.2.2 LED顯示模塊主要性能指標(biāo)194.2 AD模塊的設(shè)計(jì)224.3.1AD模塊的功能及組成224.3.2 AD模塊主要性能指標(biāo)22

4、4.3.3 AD模塊主要器件選型224.3.4AD模塊電路的設(shè)計(jì)224.3 1,0模塊的設(shè)計(jì)244.5串口模塊的設(shè)計(jì)264.5.1串口模塊的功能及組成264.5.2串口模塊主要性能指標(biāo)264.5.3串口模塊主要器件選型264.5.4串口模塊電路的設(shè)計(jì)264.6 PS模塊的設(shè)計(jì)264.6.1 PS模塊的功能及組成274.6.2 PS模塊主要性能指標(biāo)274.6.3 PS模塊主要器件選型274.6.4 PS模塊電路的設(shè)計(jì)27第五章養(yǎng)護(hù)機(jī)器人PCB板的設(shè)計(jì)305.1養(yǎng)護(hù)機(jī)器人PCB的設(shè)計(jì)要求305.2養(yǎng)護(hù)機(jī)器人PCB的設(shè)計(jì)30第六章養(yǎng)護(hù)機(jī)器人軟件設(shè)計(jì)326.1養(yǎng)護(hù)機(jī)器人的軟件的主要功能326.2養(yǎng)護(hù)機(jī)

5、器人的軟件設(shè)計(jì)326.2.1微處理的主程序設(shè)計(jì)326.2.2 C51 程序32附錄138第四章機(jī)器人噴淋執(zhí)行系統(tǒng)工用原理第一章緒論1.1自動(dòng)噴淋系統(tǒng)的研究目的和意義自動(dòng)噴淋系統(tǒng)（含機(jī)器人噴淋執(zhí)行機(jī)構(gòu)）是以PLC系統(tǒng)為技術(shù)支 撐，融入了電子計(jì)算機(jī)技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，讓噴淋公交智能化， 人性化，在預(yù)制梁的養(yǎng)護(hù)中的真正做到實(shí)現(xiàn)了獨(dú)特的“全自動(dòng)、無 人值守、無死角”的預(yù)制梁養(yǎng)護(hù)，即使混凝土表面保持充分濕潤， 提高了預(yù)制梁的梁體強(qiáng)度，而且梁養(yǎng)護(hù)時(shí)也做到了省時(shí)省力。 除此之外還可以為每片預(yù)制梁，提供養(yǎng)護(hù)的檔案，做到有據(jù)可查， 便于監(jiān)護(hù)，通GPS將預(yù)制梁開始養(yǎng)護(hù)日期，養(yǎng)護(hù)時(shí)間等進(jìn)行上傳， 建立完備的檔案。1

6、.2預(yù)制梁養(yǎng)護(hù)的現(xiàn)狀隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，橋梁道路的建設(shè)。我國對(duì)梁體預(yù)制品的需 求也隨之劇增，在預(yù)制梁的養(yǎng)護(hù)中，由于箱梁養(yǎng)護(hù)期長，梁體又高 大，傳統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)方法工人需爬上爬下，操作極不方便，且費(fèi)工費(fèi)水, 還養(yǎng)護(hù)不到位，存在死角，效果不佳，不能保證梁體的養(yǎng)護(hù)質(zhì)量， 顯然傳統(tǒng)預(yù)制梁養(yǎng)生為基礎(chǔ)已不適應(yīng)生產(chǎn)的要求。本文的主要內(nèi)容是是這樣的，第一章，了解國內(nèi)的傳統(tǒng)的養(yǎng)護(hù) 基本現(xiàn)狀；第二章，介紹智能噴淋系統(tǒng)的組成以及工作原理；第三, 介紹智能噴淋系統(tǒng)PLC控制器的總體方案、組成；第四，主要介紹第四章機(jī)器人噴淋執(zhí)行系統(tǒng)工用原理噴淋系統(tǒng)控制器的模塊的實(shí)現(xiàn)的具體設(shè)計(jì)、模塊的性能指標(biāo)以及器 件選型；第五，噴淋系統(tǒng)控制

7、器的PCB設(shè)計(jì)要求及PCB設(shè)計(jì)；第六, 噴淋系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。1.3參照標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50084-2001)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)施工及驗(yàn)收規(guī)范(GB50261-2005)室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50013-2006)通信系統(tǒng)用戶外機(jī)柜一般要求(YD/T 1537-2006)9第二章智能噴淋系統(tǒng)系統(tǒng)的組成及工作原理2. 1智能噴淋系統(tǒng)組成智能噴淋系統(tǒng)由監(jiān)理管理中心分系統(tǒng)、信息發(fā)布分系統(tǒng)、信息 傳輸分系統(tǒng)、PLC控制柜系統(tǒng)、電子閥分系統(tǒng)、機(jī)器人噴淋執(zhí)行系 統(tǒng)組成。智能噴淋系統(tǒng)組成示意圖，如圖1所示。I：寸*皿.I In|ZC心!If丘|I訐屮I3f . r-: jJZ hi I監(jiān)理處管

8、理中心調(diào)度業(yè)務(wù)平臺(tái)調(diào)倉業(yè)務(wù)平臺(tái)圖2.1智能噴淋系統(tǒng)組成示意圖監(jiān)理管理中心分系統(tǒng)是智能噴淋系統(tǒng)的頂端系統(tǒng)，通過信息傳 輸分系統(tǒng)接收PLC控制柜系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，備份。 為每預(yù)制梁的每片梁建立檔案，記錄每片梁出生日期，噴淋養(yǎng)護(hù)開 始及結(jié)束日期，每天的噴淋情況。信息發(fā)布分系統(tǒng)主要完成檔案查詢及打印功能。可將每片梁的噴淋養(yǎng)護(hù)開始，結(jié)束，每天的噴淋養(yǎng)護(hù)記錄進(jìn)行打印以查閱。PLC控制柜系統(tǒng)主要包括主控制器模塊、LCD液晶顯示屏模塊、 限流保護(hù)模塊。完成機(jī)器人噴淋執(zhí)行時(shí)間的預(yù)置、顯示等功能。電子閥分系統(tǒng)，由閥防水閥及線組成控制水源的通斷的網(wǎng)絡(luò)。機(jī)器人噴淋執(zhí)行系統(tǒng)主要由運(yùn)動(dòng)車、固定架、支架、方向

9、控制 器及行程開關(guān)組成，完成噴淋養(yǎng)護(hù)功能。2. 2智能噴淋系統(tǒng)工作原理智能噴淋系統(tǒng)通過PLC控制柜系統(tǒng)的LCD觸摸屏的鍵盤設(shè)置工 作狀態(tài)，并按照預(yù)置的工作時(shí)間控制著機(jī)器人噴淋執(zhí)行系統(tǒng)的工 作，同時(shí)將預(yù)置執(zhí)行的信息通過GPRS模塊，上傳到監(jiān)理管理中心 分系統(tǒng)，以供查閱，打印等。機(jī)器人噴淋執(zhí)行系統(tǒng)，通過PLC控制柜系統(tǒng)的控制供電，并借 助自身的主控制模塊，控制機(jī)器來回往復(fù)，執(zhí)行噴淋養(yǎng)。2. 3智能噴淋系統(tǒng)功能數(shù)顯記憶和可設(shè)定噴淋時(shí)間；數(shù)顯倒計(jì)時(shí)工作方式：倒計(jì)時(shí)分；工作點(diǎn)數(shù)：通常30臺(tái)座，預(yù)留最大99臺(tái)座，可擴(kuò)展；工作時(shí)間：噴淋1999秒可設(shè)；時(shí)間間隔1-9999分鐘可調(diào);2. 4智能噴淋系統(tǒng)特征1

10、、高壽命、低功耗;2、控制準(zhǔn)確；3、高功效；4、操作簡單、維護(hù)方便；5、輸入電壓：220V10%；6、額定功率：40W- 200W；7、相應(yīng)電路保護(hù)：過流，短路保護(hù)。第三章智能噴淋系統(tǒng)PLC控制器的組成、總體方案智能噴淋系統(tǒng)PLC控制柜系統(tǒng)由主機(jī)箱、PLC （主控制器）、 通訊單元、觸摸屏顯示、母子線排、電源、保護(hù)限、操作軟件等部 分組成，整個(gè)系統(tǒng)噴淋養(yǎng)護(hù)過程中的每個(gè)壞節(jié)控制全部由PLC進(jìn)行 控制，以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化養(yǎng)護(hù)。PLC控制柜系統(tǒng)設(shè)置為各閥口依次工 作，控制用水量及保證供水壓力。噴淋養(yǎng)生系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖所 zjx o主控制單元圖2.2.1PLC控制柜系統(tǒng)系統(tǒng)工作原理框圖3. 1主控制機(jī)箱

11、1、由于主控制機(jī)箱安裝在室外，應(yīng)用環(huán)境較為惡劣，設(shè)計(jì)及 用材上充分考慮具備承受各種氣候環(huán)境的能力，包括：雨，雪，冰 雹；2、內(nèi)部結(jié)構(gòu)布局合理，根據(jù)電氣特點(diǎn)分設(shè)專門的主控制區(qū)、電 源區(qū)、過流保護(hù)倉、母線排配線區(qū)；3、機(jī)箱材質(zhì):鍍鋅板;4、機(jī)箱外殼工藝:采專用塑粉噴涂；3. 2主控制器主控制器采用歐姆龍公司的PLC可編程控制器o歐姆龍公司PLC 產(chǎn)品門類齊、型號(hào)多、功能強(qiáng)、適應(yīng)面廣，根據(jù)現(xiàn)場的最大容量 93點(diǎn)的控制要求，選用歐姆龍公司的OMRON C系列，PLC可編程控 制器；1、繼電器輸出，交流，直流；2、指令功能強(qiáng)、運(yùn)算速度快；3、完善的通信功能。3. 3觸摸屏1、人機(jī)接口，釆用昆侖通泰的觸摸

12、屏做為輸入的接口，同時(shí) 顯示各個(gè)水閥的工作時(shí)間；2、昆侖通態(tài)觸摸屏，是一套以嵌入式低功耗CPU為核心（主 頻400MHz）的高性能嵌入式一體化工控機(jī)。該觸摸屏設(shè)計(jì)采用了 10英寸高亮度TFT液晶顯示屏，四線電阻式觸摸屏（分辨率 4096X4096）,同時(shí)還預(yù)裝了微軟嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)；3、液晶屏：TFT液晶顯示，真彩，65535色，LED背光；4、液晶屏亮度:200cd/m2；5、供電電源：24VDC；6、機(jī)柜開孔：61mmX 178mm3. 4過流保護(hù)根據(jù)負(fù)載電流，選用歐姆龍公司的高可靠性空氣開關(guān)，為每個(gè) 控制點(diǎn)的過流保護(hù)功能。過流保護(hù)點(diǎn)根據(jù)使用電磁閥型號(hào)具體確 定。3. 5母線排母線

13、排采用理線架安裝走線，完成線纜的容納和管理功能。3. 6電源為了增加系統(tǒng)的可靠性，減小現(xiàn)場電源的干擾，增加了隔離電 源，電源的輸入交流220VAC,輸出直流24VDC/8Ao紋波系數(shù)0. 5%3. 7溫控裝置。通過溫度采集與設(shè)置的溫度進(jìn)行對(duì)比，機(jī)箱內(nèi)的溫度超過設(shè)定 值時(shí)，啟動(dòng)散熱的裝置，進(jìn)行散熱，以便于系統(tǒng)在高溫下安全可靠地工作。3. 8操作軟件在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，將結(jié)合軟件工程化的要求，對(duì)軟件可靠性進(jìn)行考慮：R自頂向下設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)軟件分為不同層次；軟件編制模塊化，對(duì)每個(gè)模塊提出各自要求，分清與其他模塊的接口，使程序易于編寫、測(cè)試及修改；b）采用高級(jí)編程語言編寫，使程序更易于結(jié)構(gòu)化，結(jié)構(gòu)化的程序

14、更易于編寫及調(diào)試；c）使用軟件容錯(cuò)技術(shù)，在程序崩潰時(shí)能自我恢復(fù)，加強(qiáng)程序的健壯性。3. 9軟件的工作界面考慮現(xiàn)場的使用，操作界面須要具備實(shí)用性，簡潔性。工況示意圖如下圖所示。圖2. 2. 2.1：噴淋系統(tǒng)軟件的工作界面工況圖工作控制區(qū)的每個(gè)水閥可以分別設(shè)置計(jì)時(shí)的時(shí)間，以秒數(shù)控制 噴淋時(shí)間，以分鐘控制間隔時(shí)間；設(shè)置完成后，按啟動(dòng)鍵開始工作。 可以隨時(shí)增加，也可以任意終止某個(gè)工作控制閥。3. 10技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分析設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)的技術(shù)途徑均采用了當(dāng)前成熟的技術(shù)和方法，主控 制單元在類似產(chǎn)品上得到應(yīng)用且穩(wěn)定可靠。處理器模塊的處理能力 完全滿足技術(shù)指標(biāo)要求，顯示器采用經(jīng)過驗(yàn)證的成熟產(chǎn)品，各項(xiàng)技 術(shù)指標(biāo)滿足系統(tǒng)需

15、要。3.11技術(shù)更新在完成功能的基礎(chǔ)上，預(yù)留了硬件接口及軟件接口的規(guī)化， 冗余系統(tǒng)升級(jí)?，F(xiàn)場生產(chǎn)規(guī)模增大，在不改變系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)下， 進(jìn)行軟件升級(jí)便可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品更新。第四章機(jī)器人噴淋執(zhí)行系統(tǒng)組成及工作原理機(jī)器人噴淋執(zhí)行系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)車、固定架、支架、方向控制器及行 程開關(guān)、導(dǎo)規(guī)、水管組成。4.1機(jī)器人噴淋執(zhí)行系統(tǒng)組成4.1.1運(yùn)動(dòng)車運(yùn)動(dòng)車由電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、底盤，傳動(dòng)鏈條等附件組成。如下 圖所示。自動(dòng)噴淋系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.2.2.1圖 運(yùn)動(dòng)車4.1.2 L型霧化水架L型霧化水架則由DN25的鍍鋅鋼管連接，組成圍繞箱梁的水 架，在相應(yīng)的點(diǎn)位安裝噴頭，以實(shí)現(xiàn)噴淋時(shí)的全覆蓋。水架噴頭覆 蓋箱梁的上表面、箱梁

16、的兩側(cè)及箱梁的中心；水架設(shè)計(jì)為每2.8m 一節(jié)，每節(jié)設(shè)置68個(gè)噴頭。2.2.2.2圖 L型霧化水架4.1. 3噴淋水架采用自動(dòng)掃描式噴水架，噴淋水架實(shí)物圖見下圖.2.2.23機(jī)器人噴淋執(zhí)行系統(tǒng)第四章機(jī)器人噴淋執(zhí)行系統(tǒng)工用原理第四章機(jī)器人噴淋執(zhí)行系統(tǒng)工作原理4.1第三章養(yǎng)護(hù)機(jī)器人的模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)3.1養(yǎng)護(hù)機(jī)器人的總體方案3.1.1養(yǎng)護(hù)機(jī)器人對(duì)外交聯(lián)關(guān)系養(yǎng)護(hù)機(jī)器人采用2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的IDC插座與外部LED電子屏連接。能過J1端子 提供2路輸入電源，兩路輸入電源分別為市政電源、太陽能所提供，并通過DB1、 DB2以RS232串口通訊方式與GPRS、GPS模塊聯(lián)接。并分別預(yù)留了四路離散輸入 輸出，并通過J2端

17、子輸入四路模模擬量。養(yǎng)護(hù)機(jī)器人外部交聯(lián)關(guān)系如圖3所示。11自動(dòng)噴淋系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)圖3.1.1養(yǎng)護(hù)機(jī)器人對(duì)外部交聯(lián)關(guān)系圖3.1.2養(yǎng)護(hù)機(jī)器人組成養(yǎng)護(hù)機(jī)器人設(shè)計(jì)由6個(gè)模塊組成，分別為MCU主控制模塊、電源輸入模塊、 無線通訊模塊、LED屏控制模塊、I/O接口模塊和AD釆集模塊，各模塊間通過 自定義的數(shù)據(jù)、控制線進(jìn)行聯(lián)接。3.1.3養(yǎng)護(hù)機(jī)器人工作原理養(yǎng)護(hù)機(jī)器人由MCU主控制模塊控制，通過AD模塊釆集模擬量并完成數(shù)據(jù)處 理。同時(shí)通過串口與GPRS . GPS模塊進(jìn)行通訊，完成數(shù)據(jù)信息的交互，形成LED 顯示數(shù)據(jù)并存貯顯示數(shù)據(jù)，同時(shí)協(xié)調(diào)LED屏控制模塊讀取顯示數(shù)據(jù)，完成LED 屏的顯示控制。離散量根據(jù)功

18、能要求讀取I/O量。養(yǎng)護(hù)機(jī)器人原理框圖如圖 3. 1. 3所示。自動(dòng)噴淋系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)圖3.1.3養(yǎng)護(hù)機(jī)器人原理框圖3.1.4養(yǎng)護(hù)機(jī)器人組成模塊功能MCU模塊為控制器的主控模塊，控制軟件運(yùn)行在該模塊上，除了 MCU主微處 理器電路外，還含有實(shí)時(shí)時(shí)鐘、復(fù)位電路電路。通過運(yùn)行在MCU微處理器的程 序控制整個(gè)控制的功能，實(shí)現(xiàn)GPRS、GPS通訊，模擬數(shù)據(jù)的采集以及I/O的輸 入輸出。I/O模塊主要完成離散量的輸入與輸出，將外圍輸入與輸出通過光電耦合器 件進(jìn)行電氣隔。串口模塊主要由電平轉(zhuǎn)換電路、光隔電路等構(gòu)成，完成電平轉(zhuǎn)換與電平隔 離及防雷設(shè)計(jì)。通過DB9端子與GPRS、GPS通訊完成車載系統(tǒng)及線路調(diào)

19、度管理 中心分系統(tǒng)的通訊。AD采集模塊，主要完成模擬信的隔離與放大，并將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信 號(hào)。經(jīng)MCU模塊處理后，送LED電子屏進(jìn)行顯示。PS模塊主要完成主從電源的切換功能并將電源轉(zhuǎn)換為各模塊所需要的電 源。為控制器提供供電。雙路電源輸入，并以太陽能為主，當(dāng)太陽能供電欠壓 時(shí)，主動(dòng)切換到市電供電。輸入的電源經(jīng)過PS模塊后，形成1. 2V, 3. 3V, 5V。 給相應(yīng)的各個(gè)模塊提供供電。LED顯示控制模塊主要由FPGA完成邏輯控制設(shè)計(jì)，通過行掃描控制著屏的亮度，同時(shí)從存貯器中讀取顯示屏數(shù)據(jù)，送顯示屏的顯示，刷新頻率：60Hzo#自動(dòng)噴淋系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)第四章養(yǎng)護(hù)機(jī)器人的模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)4. 1M

20、CU模塊的設(shè)計(jì)4.1.1 MCU模塊的功能及組成MCU模塊為養(yǎng)護(hù)機(jī)器人主控模塊，任務(wù)程序運(yùn)行在該模塊上，該模塊除主 處理器電路外，F(xiàn)PGA邏輯電路、存貯電路圖電路、時(shí)鐘以及外圍驅(qū)動(dòng)電路。以 主處理器電路為核心通過板上邏輯驅(qū)動(dòng)電路提借各模塊的接口電路。MCU模塊 原理框圖如圖4. 1. 1所示。TTL電平圖4.1.1 MCU模塊原理框圖4.1.2 MCU模塊主要性能指標(biāo) 微處理器：STC89L58RD2-40-I 或 SST89V58RD2-33-C-NJ 處理器; 存儲(chǔ)器：2MB SDRAM內(nèi)存，2MB FLASH存儲(chǔ)器； 系統(tǒng)時(shí)鐘：22. 1184Mhz；第四章機(jī)器人噴淋執(zhí)行系統(tǒng)工用原理 電

21、子屏接口： 16線扁平電纜，含時(shí)鐘CK,數(shù)據(jù)線R、G、G,使能線EN、 鎖存RCLK, 5V接口電平；串口接口： 2路，接口電平為TTL電平；離散量：4路輸入，4路輸出，信號(hào)電器特征“高電平/低電平”表示; 供電和接地：+5V/1.5A. 12V/1.5A,其中主控制器信號(hào)地GND和無線 模塊兩個(gè)地隔離；功耗：整板做計(jì)功耗不大于800mA； 溫度：工作溫度-2075度；調(diào)試平臺(tái)：Keil uVision2； LED：上電LED,程序運(yùn)行LED,程序調(diào)試LED。4.1.3 MCU模塊主要器件選型 微處理器選用 STC89C58RD2-40-I 或 SST89V58RD2-33-C-NJ； 采用

22、1 片 CY7C1010DV33-10ZSXI 實(shí)現(xiàn) 2MB 的 SDRAM； 釆用 1 片 ATmel 公司的 AT29LV020-12JC 實(shí)現(xiàn) 2MB 的 FLASH； 選用北京晶宇興科技有限公司公司的XO75NABT晶體振蕩器做為系統(tǒng)時(shí) 鐘；復(fù)位電路選用IMP公司的IMP812SEUS-T； 數(shù)字溫度傳感器選用DALLAS公司的溫度傳感器DS18B20； 實(shí)時(shí)時(shí)鐘選用DALLAS公司的DS1302Z實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片； 地址鎖存器選用TI/公司的74HC574完成地址鎖存。4.1.4 MCU模塊電路的設(shè)計(jì)依據(jù)功能，針對(duì)接口電路的功能需求，確定主處理器的I/O 口的能力，選 用SST89V58

23、RD2微處理器，并依據(jù)運(yùn)算數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)存貯的容量選用SDRAM和 FLASH的容量，MCU對(duì)存貯的訪問是以總線形式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存貯與讀取的。復(fù)位電 路采用上電自復(fù)位，同時(shí)具備手動(dòng)復(fù)位功能，復(fù)位電平為高電平復(fù)位。而溫度 的測(cè)量設(shè)計(jì)，貝慄用“一線總線式”溫度傳感器進(jìn)行測(cè)量溫度。MCU模塊的設(shè) 計(jì)電路設(shè)如圖4.1.4所示。17口動(dòng)噴淋系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)IST:Triss Q rlftftrtrtrlnrtg:s:s!:sJI2、4%OM |.TUnsvziPJ 4K-rcfl、XXM3Do*705OF三三三二.O圖4丄4 MCU模塊的設(shè)計(jì)電路第四章機(jī)器人噴淋執(zhí)行系統(tǒng)匸用原理4. 2 LED顯示控制模塊的設(shè)計(jì)4

24、. 2. 1 LED顯示控制模塊的功能及組成LED顯示控制模塊為養(yǎng)護(hù)機(jī)器人控制LED屏顯示的模塊，任務(wù)程序運(yùn)行在該模 塊的FPGA可編程序邏輯器件上，除完成SDRAM數(shù)據(jù)的存取，控制LED屏的顯示與 亮度外，還實(shí)現(xiàn)對(duì)AD的操作，讀取采集的數(shù)據(jù)，同時(shí)還有I/O的擴(kuò)展，經(jīng)I/O模 塊實(shí)現(xiàn)離散輸出。該模塊除主邏輯FPGA電路外，還有程序存貯配置電路及外圍驅(qū) 動(dòng)電路。同時(shí)外擴(kuò)了一路過串口，便于將調(diào)試信息上傳。為了便于測(cè)試LED屏的 顯示，設(shè)置開關(guān)，通過拔動(dòng)拔碼開關(guān)來設(shè)置LED的測(cè)試顯示模式。LED顯示控制模 塊原理框圖如圖4. 2. 1所示。圖4.2.1 LED顯示控制模塊原理框圖4. 2. 2 LE

25、D顯示模塊主要性能指標(biāo)微處理器：可編程邏輯器件； I/O驅(qū)動(dòng)：具有可編程邏輯器件的I/O驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)； 存儲(chǔ)器：2MB SDRAM內(nèi)存，2MB FLASH存儲(chǔ)器；系統(tǒng)時(shí)鐘：lOMhz；電子屏接口： 16線扁平電纜，含時(shí)鐘CK,數(shù)據(jù)線R、G、G,使能線EN、鎖存RCLK, 5V接口電平；串口接口： 2路，接口電平為TTL電平；離散量：4路輸入，4路輸出，信號(hào)電器特征“高電平/低電平”； 供電和接地：+3. 3V/800mA、1. 2V/800mA：功耗：模塊功耗約不大于400mA：調(diào)試平臺(tái)：Quartus II 8. 1； LED：程序運(yùn)行LED,程序調(diào)試LED：下載端口： JTAG下載口調(diào)試口。2

26、3o- o11216、2OC.VM、|tjiXAMof X C VMF .|ejMT Wtu w.IXVW9B iotvt*gyzvms tctivtur21 、 :glCuVmwsr9|.B (、tof IMXSTM5J C、EA IOITXMfKuvt；lOAVI*?%iciivt*rizvneq io w J MrM Vln；*4IZVTQ”hj i v(n：e 2 ioivtmir AXVXS：etoivtai if (HI ；CSV I. fwl一 丄圖4.2.4LED顯示控制模塊的設(shè)計(jì)電路4. 2 AD模塊的設(shè)計(jì)4. 3. 1AD模塊的功能及組成AD模塊為養(yǎng)護(hù)機(jī)器人控制模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊

27、，主要是將模擬轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。 模擬信號(hào)。輸入的溫度、濕度、噪聲模擬信號(hào)，經(jīng)濾波進(jìn)行射隨電路后，送入AD 電路。由FPGA進(jìn)行讀取量化后的數(shù)字量。AD模塊主要由運(yùn)算放大器構(gòu)成的射隨 電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換器組成。AD模塊原理框圖如圖4. 3.1所示。圖4.3.1 AD模塊原理框圖4. 3. 2 AD模塊主要性能指標(biāo) AD供電電源：采用3. 3V供電的AD： AD轉(zhuǎn)換速率頻率：32uS； AD轉(zhuǎn)換精度：lOMhz；總的不調(diào)和誤差1LSB。4. 3.3 AD模塊主要器件選型隔置電路：釆用TI公司的LM324； 數(shù)模轉(zhuǎn)換：釆用TI公司的TLV0834CDo4. 3. 4AD模塊電路的設(shè)計(jì)模擬信號(hào)從J13端子

28、輸入，經(jīng)RC低通濾波電路后送入由LM324構(gòu)成的射極跟 隨器后，送入TLV0834數(shù)模轉(zhuǎn)換器中。然后由邏輯控制器FPGA進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的讀 取。AD模塊顯的設(shè)計(jì)電路如圖10所示。第四總機(jī)器人噴淋執(zhí)行系統(tǒng)匸用原理A1NDl(hHC103l(h訶 5VA1N】VH14 A I；33TLVWJ4CDA1N3A1N2XA1H2AIN1=Clff?102*3.3VA1H2RUGRJ2ZACHOXADBSi33Rt15? =ACHO&CH2ACH3aHoaADCfCS2A眄D(IfADCDO10ADCCLK12ADCSAR.19|7I-U10CHDCLKCHJ CH2CH3SARSNCREFVCC(XJMD

29、AGND-R：2t-=b33L7ACHtCIO! lduHdVa01OUT40irrUN.jn(.JIN*4】N*VCCOWDZIN*31N*ZIN-3U-sourwirrD52ACH3LA7H2I圖4.3.4 AD模塊顯的設(shè)計(jì)電FTZC!O6rwRt,t XMND丄 C1O5102A1K3第四章機(jī)器人噴淋執(zhí)行系統(tǒng)匸用原理4.3 I/O模塊的設(shè)計(jì)4. 4.1 I/O模塊的功能及組成I/O模塊電路設(shè)計(jì)相對(duì)來說較為簡單，主要是為養(yǎng)護(hù)機(jī)器人控制提供了預(yù)留 的4路離散量輸入和4路離散量輸出。經(jīng)過光電耦合器隔離輸入與輸入。其中輸 入的端的正向電流的限流電阻選用1K,輸出的上拉電阻選用3.3K,電阻精度均

30、用 5%的。I/O模塊原理框圖如圖11所示。圖4. 4. 1 I/O模塊原理框圖4. 4.2 I/O模塊主要性能指標(biāo)光電隔離輸入：4路；光電隔離輸出：4路；光隔反向電流：小于10uA：光隔正向壓降：小于1.3V； 光隔電流傳輸比：50-600%。4. 4.3 I/O模塊主要器件選型 采用1片TLP-281-4實(shí)現(xiàn)4路光隔輸出; 采用1片TLP-281-4實(shí)現(xiàn)4路光隔輸入;封裝：采用表貼S0P8。4. 4.4 I/O模塊電路的設(shè)計(jì)29*3 3VR91U3216V-J9Oi.3k【so oirro【so oim【SO duraSO 0UT32915V-J3O V-J3ORP2IKSO IKO33K

31、16RIOt15ISO )N】*3Id1333K3 1N3tL-i33KII30ar14illTLP5214U33JUO4MORIO5IKR1O6IKRIO?IKTLP52L-I圖444 I/O模塊的設(shè)計(jì)電-CTTTXW2kiirt 玄X】HOHO77SO341WEARTH-215. OB* JO4.5串口模塊的設(shè)計(jì)4.5.1串口模塊的功能及組成串口模塊為養(yǎng)護(hù)機(jī)器人控制通訊模塊，主要是將串口擴(kuò)展電路和電平轉(zhuǎn)換電 路及保護(hù)電路組成。4.5.2串口模塊主要性能指標(biāo)波特率通訊：9600bps,無流控信號(hào)； 串口迪訊：2路；串口抗浪涌：具有防雷抗浪涌能力。4.5.3串口模塊主要器件選型 采用1片成都視

32、普科技公司的SP2338實(shí)現(xiàn)3路串口，其中一路預(yù)留。4.5.4串口模塊電路的設(shè)計(jì)圖4.5.4 串I模塊的設(shè)計(jì)電路4. 6 PS模塊的設(shè)計(jì)第四章機(jī)器人噴淋執(zhí)行系統(tǒng)工用原理4. 6.1 PS模塊的功能及組成電源模塊主要為養(yǎng)護(hù)機(jī)器人控制各模塊提供電源，主要由降壓電路、電源切 換電路和穩(wěn)壓電路組成。電源模塊的原理框如圖14所示。圖4.6.1電源模塊原理框圖4. 6. 2 PS模塊主要性能指標(biāo)具有輸入電壓的過壓、輸出電流的過流、短路保護(hù)； +5V輸出波動(dòng)范圍W3%,最大輸出電流1.2A,紋波小于75mV； +5V隔離輸出波動(dòng)范圍W3%,最大輸出電流200mA,紋波小于75mV；4. 6. 3 PS模塊主

33、要器件選型降壓電路采用TI公司的LM317； 釆用1片公司的NCP1117STAT3實(shí)現(xiàn)5V到1. 2V； 釆用1片公司的NCP1117ST33T3實(shí)現(xiàn)5V到3. 3V； 選用廣州金升陽公司的B0505T-1W隔離輸出的DC/DC：4. 6.4 PS模塊電路的設(shè)計(jì)電源模塊主要給其它各個(gè)模塊提供供電。輸入市電DC12V經(jīng)LM317后，輸出 DC5V,與太陽能供電提供的DC5V -起輸入電源切換電路，由電源切換電路主要完 成太陽能及市所提供的兩路電源進(jìn)行二切一，當(dāng)太陽能欠壓時(shí)，自動(dòng)壓換到市電。 兩路三端穩(wěn)壓器，是把5V電壓轉(zhuǎn)換來3.3V、1.2V。電源模塊的設(shè)計(jì)電路如圖15 所示。#口動(dòng)噴淋系統(tǒng)設(shè)

34、計(jì)與實(shí)現(xiàn)圖464電源模塊的設(shè)計(jì)電路圖自動(dòng)噴淋系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)第五章養(yǎng)護(hù)機(jī)器人PCB板的設(shè)計(jì)5.1養(yǎng)護(hù)機(jī)器人PCB的設(shè)計(jì)要求養(yǎng)護(hù)機(jī)器人控制的電路設(shè)計(jì)由PR0TEL99 SE設(shè)計(jì)完成。分兩路分一部是原 理圖，一部分是PCB板。而原理圖設(shè)計(jì)后做了電氣檢查(ERC)o PCB的設(shè)計(jì)過程 中做了 DRC的檢查，考慮了板材及板厚對(duì)阻抗的影響，設(shè)置走線及線寬減小其影 響，同時(shí)考慮了加工廠加的加工能力，在設(shè)計(jì)中，降低加工難度。而過孔的孔徑 的設(shè)計(jì)，充分考沉錫的厚度，走線布局都做了考量，尺可能走線平滑，避免直角 設(shè)計(jì)，焊盤盡可能大來提高可靠性。部分焊點(diǎn)做了淚滴處理。加工時(shí)要求加工廠 家做熱風(fēng)整平(HASL)工藝。

35、5. 2養(yǎng)護(hù)機(jī)器人PCB的設(shè)計(jì)PCB己設(shè)計(jì)完成，如圖5.2所示31+0口口口十_ a1gCZJdpLLJL = JD ch 且8c cp m 中oo中 匚舊DSEi S巳0 OOODO o oo4z*?匚二已I呂口：碰比HFL*!口竺=9千 4 4 M 4 c 口RQDDDDDQI Iw日曰 占口*uu C3C3B1圖5.2 PCB圖L Ja cm匚A oo Hzo n 廠口 Lb匚匚g菩詰孑耳趾0：E3S即Jd C ozffi=|JPnS2S?QL訓(xùn) hi、第四章機(jī)器人噴淋執(zhí)行系統(tǒng)工用原理第六章養(yǎng)護(hù)機(jī)器人軟件設(shè)計(jì)6.1養(yǎng)護(hù)機(jī)器人的軟件的主要功能養(yǎng)護(hù)機(jī)器人的軟件分為兩部分，一部分為微處理的主程

36、序，釆用C51語言進(jìn) 行的軟件設(shè)設(shè)計(jì)，另一部分為FPGA的邏輯程序，釆用Verlgic進(jìn)行的軟件設(shè)計(jì)。 主程序主要控制著串口收發(fā)，數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)據(jù)存貯等功能；FPGA邏輯程序主要 是從存貯器讀取數(shù)據(jù)去刷新LED電子屏的顯示內(nèi)容6. 2養(yǎng)護(hù)機(jī)器人的軟件設(shè)計(jì)6. 2.1微處理的主程序設(shè)計(jì)6. 2. 2 C51 程序/Filename : main_xiaiislH.c/Function :顯示牌的單片機(jī)控制程序/CPU type :/ l.SST89E54RD2(SST89E54RD2-40-I-NJ / SST89E54RD2-40-C-NJ)/ 2.SST89E58RD2(SST89E58RD

37、2-40-I-NJ / SST89E58RD2-40-C-NJ)/fosc : 22.1184 MHz/ Author : lhv/ Veision:/l. 2007-11-10, THl=TLl=0xf3; / fosc : 24nz顯示屏后5行有錯(cuò)位，可能是數(shù)據(jù)范圍超出BYTE范圍改為手動(dòng)測(cè)試不發(fā)送上電序列加入上電檢測(cè)/#include #mclude Msst89x5xxid2.h,7/ CPU 頭文件/include ”SM8958A.h叨 CPU 頭文件#iiiclude nconfig_xianshi.hn / 必須進(jìn)行設(shè)置include nosd_xianshi.h7/類型定義,

38、CPU引腿功能定義 #include udata_xianshi.h/宏定義，變量定義，函數(shù)原型 #include / Keil C51 頭文件 void main(void)/denfiiie temp parameterBYTE i;/*/*system selftest*/*/SysTestQ;/Wnte_Contiol();/test/上電指示,sbC閃爍兩次sbC = 0;/ LL1 ONDelayX 10ms(50);sbC= 1;/ LL1 offDelayX 10ms(50);sbC = 0;/ LL1 ONDelayX 10ms(50);sbC= 1;/ LL1 offAUX

39、R = 0x00;/ Enable INT RAM-一 for SST89E58/AUXR = 0x02; / Enable EXT RAM- foi SST89E58/SCONF = 0x02;/ on-clup RAM enable - for SM8958AWR= 1;P0 = 0x01;/ 綠燈亮WR = 0;/清零外設(shè)控制寄存器(IC15 74HC573)DelayX 10ms( 100);/ dealy IsContiolBuf = 0x02;WR= 1;P0 = 0x02;/ 紅燈亮WR = 0;/清零外設(shè)控制寄存器(IC15 74HC573)DelayX 10ms( 100);

40、/ dealy Is*/Syshut();/ liutial systemIelnitQ；/#ifdef _PO WER_ON_B ACK_DelayXlms(50);/powei_up_message();/ send power up message system/#endifPl_Buf=Pl;/ 測(cè)試 Pl.2,Pl.3 決定是哪一行Pl_Buf=Pl_Buf2;Pl_Buf=Pl_Buf &0x03;switch(Pl_Buf)case 0:LED_Lme = l;bieak;case 1:LED_Lme = 2;bieak;case 2:LED_Lme = 3;bieak;case

41、 3:LED_Lme = 4;break;default:LED_Lme = l;bieak;/sbnOPEN_DOT_ARRAY = 0/ 點(diǎn)陣屏顯示使能/sbnOPEN_LED = 0;/ LEDS 顯示使能/#ifdef _PO WER_ON_TEST_/TestSelfQ;/ 屏體測(cè)試/#endifbOpen_DOT_Maik = 1;osd_test_mode = 2;bWoikFlag = 0;TestCount = 0;test_woid = 0x0001;TestProcessQ;/sbnOPEN_DOT_ARRAY = 1;/ 關(guān)閉點(diǎn)陣屏顯示/sbnOPEN_LED = 1;

42、/ 關(guān)閉 LED8 顯示 /LED_ClearOA();/ LED_buf32設(shè)置為 OxOA /以使8字板黑屏顯示/*P0 = 0xA3;/?P2 = 0x00;sbnCS_Speed = 0;_nop_()；_nop_()；_nop_();_nop_();sbnCS_Speed = 1;*/bWorkFlag= 1;/*/*wait for conunand and execute */*/*if( bOpen_LED_Maik )Renovate_LED();elsesbnOPEN_LED = 1;/ LEDS close*/if( 2 = Test_all_Count) osd_tes

43、t_mode = 4;if( 3 = Test_all_Count) /osd_test_mode = 4;Test_all_Count = 6; bWorkFlag = 1; bOpen_DOT_Maik = 0;if( bOpen_DOT_Maik)/DelayXlms(l);for(i=0;i100;i+)_nop_0；Renovate_DOT();elsesbnOPEN_DOT_ARRAY = 1;/ DOT close/if (_testbit_(bFlag_msg_valid) if (_testbit_( bReceive_Maik)/Wiite_Contiol();/testfor(i=0;i40;i+)uail_i-x_buf2i = uail_i-x_bufi;Execute_LEDcmd();if (_testbit_( bT500ms_Flag)嚴(yán)EA = 0;WR= 1;P0 = ContiolBuf;WR = 0;/刷新外設(shè)控制寄存器(IC15 74HC573)EA= 1;*/*Pl_Buf= Pl”/測(cè)試Pl.7,進(jìn)入測(cè)試模式i